[发明专利]一种基于故障电流积分比的极间短路故障选线方法

说明书

本发明公开了一种基于故障电流积分比的极间短路选线方法，涉及柔性直流配电系统继电保护领域。首先分析了直流配电系统线路发生极间短路故障后的故障电流特征，然后利用故障时故障线路与非故障线路电流曲线积分性质差异区分区内外故障，最后提出了基于故障电流积分比的柔性直流配电系统极间短路故障选线方案，具体为：读取线路电压、电流数据，然后确定故障启动判据，并根据判据判断是否有故障，若是则计算线路电流积分比，用线路两侧积分比表征故障线路与非故障线路的差异大小，与阈值比较，确定故障线路，选定区内/外故障后，发出故障信号。本发明避免噪声干扰以及电流幅值变化带来的阈值整定困难问题，提高了选线方案的可靠性，可快速识别故障线路。

技术领域

本发明涉及柔性直流配电系统继电保护领域，具体为一种基于故障电流积分比的极间短路故障选线方法。

背景技术

柔性直流配电系统具有换流环节少、供电容量大、线路损耗低、支撑多源多荷高效接入等优点。直流配电网已逐渐成为未来直流技术和配电系统发展的重要方向。然而，柔直系统的低惯性弱阻尼特性，使得故障电流上升速度快，故障后几毫秒内换流器闭锁，导致电网大面积停运。因此，可靠、快速地检测并隔离故障是直流保护技术的研究重点。

目前，国内外针对直流配电网的保护方案主要分为通信保护和本地保护，如过流、欠压、差动保护等。其中，过流保护、欠压保护易受过渡电阻影响，可靠性较差；差动保护需要数据严格同步，直流线路分布电容会影响其灵敏性；行波保护抗干扰能力低、对采样率要求较高，且一般应用在高压领域。以上传统保护方案存在阈值整定困难和计算复杂等问题。除了上述保护方案之外，国内外相关领域的研究人员还提出了一些基于数学、人工智能等的一系列新型保护方案，有文献提出对DC/DC变换器的调制波进行控制，依据控制产生特殊频率的谐波来判别故障区域，然而在没有直流变换器的场景中该思路并不适用。针对多端柔直电网，有学者分析了反行波中蕴含的故障信息，提出了基于深度学习的波形特征保护方案，虽有效避免了保护方案设计过程中门槛值的复杂计算与整定，具有较好的速动性，但训练过程十分繁杂，应用于实际工程还有待进一步考量。新型保护方案虽然提供了一种全新的直流保护思路，但仍存在故障特征提取复杂、训练量大、速动性不足等问题。

由此，针对现有基于直流配电网极间短路故障选线方法的不足，设计一种可靠、快速的直流配电系统极间短路故障选线方法具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决直流配电网中，极间短路故障选线方法，过流保护、欠压保护易受过渡电阻影响，可靠性较差；差动保护需要数据严格同步，直流线路分布电容会影响其灵敏性等问题，提供了一种基于故障电流积分比的极间短路故障选线方法。

针对柔性直流配电网发生极间短路故障后，故障线路两端电流积分比例系数大于1，而非故障线路两端电流积分比例系数等于1。积分比可以很好地表征故障线路与非故障线路的差异。因此本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种基于故障电流积分比的极间短路故障选线方法，首先分析了直流配电系统线路发生极间短路故障后的故障电流特征，然后利用故障时故障线路与非故障线路电流曲线积分性质差异区分区内外故障，最后提出了基于故障电流积分比的柔性直流配电系统极间短路故障选线方案。具体为包括如下步骤：

S1：极间短路故障电流变化趋势分析：柔性直流配电网发生双极短路故障后，若故障暂态电流方向与正常运行工况相同，其故障暂态电流同向增大；若故障暂态电流方向与正常运行工况相反，其故障暂态电流与正常运行工况相比减小或反向增大；例如：若发生区内故障，送端换流站(m侧)正负极故障电流同向增大，而受端换流站(n侧)正负极电流均过零反向；若发生区外故障，则受端和送端换流站均反向增大；如下表：

S2：双极短路电流曲线积分特性分析：

式中N表示保护启动后积分时间窗内对应的故障电流采样点个数，i(k)表示第k个采样点对应的瞬时电流值，j表示电流编号；